專利名稱：成膜方法和成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使氧化硅膜在半導(dǎo)體晶圓等被處理體表面上堆積的成膜方法和成膜
直O(jiān)
背景技術(shù)：
一般而言，為了制造半導(dǎo)體集成電路，對由硅基板等形成的半導(dǎo)體晶圓(以下稱為晶圓)進(jìn)行成膜處理、蝕刻處理、氧化處理、擴散處理、改質(zhì)處理等各種的處理。例如成膜處理在專利文獻(xiàn)1所公開的單片式的成膜裝置、專利文獻(xiàn)2所公開的批量式的成膜裝置內(nèi)進(jìn)行。如圖1所示，批量式的成膜裝置包括縱型的處理容器2 ；收容在處理容器2內(nèi)，用于多層地支承作為被處理體的多個晶圓W的晶舟4 ；在處理容器2內(nèi)，沿著處理容器2的高度方向延伸，且用于朝向晶舟4供給原料氣體的分散噴嘴8、10 ；形成在處理容器2的下部的排氣口 12 ；經(jīng)由壓力調(diào)整閥14B與排氣口 12連接的、包括真空泵16的真空排氣系統(tǒng)14 ；以及圍繞處理容器2的加熱部6。而且，在圖1的成膜裝置中例如形成氧化硅膜的情況下，用于支承多個晶圓W的晶舟4被收容于處理容器2內(nèi)，晶圓W由加熱部6加熱到規(guī)定的溫度例如600°C左右。從氣體供給部7向分散噴嘴8供給作為原料氣體的例如硅原料氣體，從沿著分散噴嘴8的長度方向設(shè)置的多個氣體噴射孔8A朝向晶圓W供給硅原料氣體。此外，從氣體供給部7向分散噴嘴10供給作為反應(yīng)氣體的例如臭氧氣體，從沿著分散噴嘴10的長度方向設(shè)置的多個氣體噴射孔IOA朝向晶圓W供給臭氧氣體。另一方面，處理容器2的內(nèi)部由真空排氣系統(tǒng)14進(jìn)行排氣，被維持在規(guī)定的壓力。硅原料氣體和臭氧氣體發(fā)生反應(yīng)，在晶圓W上堆積有氧化硅膜。此外，有時采用以下的成膜方法，S卩，通過交替開閉氣體供給部7的開閉閥8B和開閉閥10B，來交替地反復(fù)供給含有Si的原料氣體和作為氧化性氣體的臭氧氣體，使吸附在晶圓上的含有Si的原料氣體和臭氧氣體發(fā)生反應(yīng)，形成氧化硅膜。該成膜方法具有所形成的膜質(zhì)比較良好，而且即使在低溫條件下也能夠成膜這樣的優(yōu)點。專利文獻(xiàn)1 日本特開平09-077593號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2009-246318號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2006-0M432號公報另外，在半導(dǎo)體器件的制造工序中，有時為了構(gòu)筑布線構(gòu)造等而進(jìn)行在作為布線的含有金屬的膜上層疊作為絕緣膜的上述氧化硅膜那樣的工序。在進(jìn)行上述工序時，在前工序中在硅基板等晶圓上形成作為含有金屬的膜的例如鎢膜等，該晶圓被暴露在無塵室 (clean room)內(nèi)的大氣壓氣氛中地進(jìn)行輸送，或被收納在封閉有清潔的非活性氣體氣氛的搬運容器中地進(jìn)行輸送。此時，作為上述含有金屬的膜的鎢膜的表面與無塵室內(nèi)的清潔氣氛氣體中的氧、 水分發(fā)生反應(yīng)，或與在搬運容器中微量存在的氧、水分發(fā)生反應(yīng)，從而會在該鎢膜表面以極薄的厚度自然形成金屬氧化膜。
因為該自然形成的金屬氧化膜成為使半導(dǎo)體器件的電氣特性變差的原因，所以或抑制該金屬氧化膜的膜厚的增加或去除該金屬氧化膜，去除該金屬氧化膜雖好，但是與進(jìn)行去除該金屬氧化膜的工序相應(yīng)地會增加工序數(shù)，所以不優(yōu)選。因此，以往，一般情況下，不去除金屬氧化膜而直接用上述那樣的CVD法在該金屬氧化膜上形成氧化硅膜。另一方面，在單純地應(yīng)用以往用的CVD法層疊氧化硅膜的情況下，由于作為一方的成膜氣體的氧化性氣體，相反地產(chǎn)生金屬氧化膜的厚度增加的現(xiàn)象，其結(jié)果，會產(chǎn)生使半導(dǎo)體器件的電氣特性大幅度地降低這樣的問題(例如專利文獻(xiàn)幻。特別是該金屬氧化膜變厚時，不僅像上述那樣使電氣特性進(jìn)一步降低，還存在因所形成的針狀結(jié)晶而產(chǎn)生形狀不良這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)上述情況提供一種能夠通過控制金屬氧化膜的厚度而抑制該厚度的成膜方法和成膜裝置，該金屬氧化膜存在于由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜和該薄膜的基底的含有金屬的膜之間的界面。本發(fā)明人對氧化硅膜的形成進(jìn)行了潛心研究，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了金屬氧化膜的膜厚的增加與作為反應(yīng)氣體的臭氧的擴散有關(guān)，而獲得了以下的見解，從而完成了本發(fā)明，該見解為，通過在吸附原料氣體的吸附工序中將原料氣體封閉在處理容器內(nèi)，能夠使大量的原料氣體吸附在晶圓表面，由此能夠抑制臭氧所帶來的影響。根據(jù)本發(fā)明的第1技術(shù)方案，提供一種使用成膜裝置在被處理體上形成由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜的成膜方法，該被處理體的表面形成有含有金屬的膜，該成膜裝置包括原料氣體供給系統(tǒng)，其具有第1開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給原料氣體；反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其具有第2開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體；真空排氣系統(tǒng)，其具有第3開閉閥，能將上述處理容器內(nèi)的氣氛排成真空。在該成膜方法中，在吸附工序和反應(yīng)工序之間存在間歇期間地交替反復(fù)多次該吸附工序和反應(yīng)工序，該吸附工序為，關(guān)閉上述真空排氣系統(tǒng)的上述第3開閉閥，打開上述原料氣體供給系統(tǒng)的上述第1開閉閥第1規(guī)定期間，向上述處理容器供給上述原料氣體之后，關(guān)閉該第1開閉閥，在保持上述第1開閉閥關(guān)閉第2規(guī)定期間的狀態(tài)下，使上述處理容器內(nèi)的上述原料氣體吸附于上述被處理體的表面；該反應(yīng)工序為，打開上述反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)的上述第2開閉閥，向上述處理容器內(nèi)供給上述反應(yīng)氣體，使上述反應(yīng)氣體與上述原料氣體發(fā)生反應(yīng)而形成薄膜。根據(jù)本發(fā)明的第2技術(shù)方案，提供一種成膜裝置，其包括處理容器，其能收容被處理體；保持部，其用于保持上述被處理體；加熱部，其用于加熱上述被處理體；原料氣體供給系統(tǒng)，其具有開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給原料氣體；反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其具有開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體；真空排氣系統(tǒng)，其具有開閉閥，能將上述處理容器內(nèi)的氣氛排成真空；裝置控制部，其控制裝置整體使該裝置整體執(zhí)行第1技術(shù)方案的成膜方法。


編入本說明書中構(gòu)成其一部分的附圖表示本發(fā)明的實施方式，與上述的一般的說明和下述的實施方式的詳細(xì)說明一同起到說明本發(fā)明的原理的作用。
圖1是表示關(guān)聯(lián)技術(shù)的批量式的成膜裝置的概況圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的成膜裝置的構(gòu)成圖。圖3是表示進(jìn)行本發(fā)明的實施方式的成膜方法時的各閥的動作的曲線圖。

圖4是表示用本發(fā)明的實施方式的成膜方法所形成的多層薄膜的截面的放大剖視圖。圖5是表示原料氣體的保持期間和每1個循環(huán)的成膜速率的關(guān)系的曲線圖。圖6是表示每1個循環(huán)的成膜速率和鎢的金屬氧化膜的膜厚的關(guān)系的曲線圖。圖7是用于說明含有金屬的膜在該含有金屬的膜和氧化硅膜之間的界面附近被氧化的原因的圖。圖8是表示每1個循環(huán)的成膜速率和氮化鈦膜的金屬氧化膜的膜厚的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施方式的成膜方法和成膜裝置，能夠通過控制金屬氧化膜的厚度而抑制該厚度，該金屬氧化膜存在于由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜和該薄膜的基底的含有金屬的膜之間的界面。其結(jié)果，通過抑制上述金屬氧化膜的膜厚而能防止電氣特性的降低，并且還能防止形狀不良的發(fā)生。以下，基于附圖詳述本發(fā)明的實施方式的成膜方法和成膜裝置。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的成膜裝置的一個例子的構(gòu)成圖，圖3是表示進(jìn)行本發(fā)明的實施方式的成膜方法時的各開閉閥的動作的曲線圖。在這里，以如下情況為例進(jìn)行說明，S卩作為原料氣體，使用作為含有Si的有機原料的 3DMAS (Tris (dimethylamino) silane =SiH〔N(CH3)2〕3)，作為反應(yīng)氣體而使用作為氧化性氣體的臭氧，形成作為薄膜的氧化硅(SiO2)膜。如圖2所示，該成膜裝置20具有能收容多張作為被處理體的半導(dǎo)體晶圓W的處理容器22。該處理容器22具有由縱長的內(nèi)筒24和縱長的外筒26構(gòu)成的雙重管構(gòu)造，該內(nèi)筒24呈有頂部的圓筒體形狀；該外筒26呈有頂部的圓筒體形狀。外筒26以在內(nèi)筒24的外周和外筒26的內(nèi)周之間隔有規(guī)定的間隔的方式圍繞內(nèi)筒24。上述內(nèi)筒24和外筒26均由石英形成，下端部開口。例如在收容直徑為300mm的晶圓W的情況下，處理容器22的直徑是400 500mm左右。處理容器22的內(nèi)部容量取決于晶圓W的收容張數(shù)，在例如收容最多150張左右的晶圓W的情況下是200升左右。在外筒26的下端部，借助0型密封圈等密封構(gòu)件30氣密地連接有具有圓筒體形狀的例如不銹鋼制的歧管(manifold) 28，利用該歧管28支承外筒26的下端部。另外，該歧管28由未圖示的基座(Bas印late)支承。而且在歧管28的內(nèi)壁設(shè)有具有環(huán)形狀的支承臺 32，利用該支承臺32支承內(nèi)筒24的下端部。在處理容器22的內(nèi)筒24內(nèi)收容有作為晶圓保持部的晶舟34。在晶舟34中以規(guī)定的間距保持作為被處理體的多個晶圓W。在本實施方式中，利用晶舟34以大致等間距多層地保持直徑為300mm的、例如50 100張左右的晶圓W。晶舟34如后所述能夠升降，經(jīng)過歧管28的下部開口，從處理容器22的下方收容到內(nèi)筒24內(nèi)、從內(nèi)筒24取出。晶舟34 例如由石英制作。
此外，在晶舟34被收容時，作為處理容器22的下端的歧管28的下部開口被例如由石英、不銹鋼板構(gòu)成的蓋部36封閉。為了維持密封性，在處理容器22的下端部和蓋部36 之間夾設(shè)有例如0型密封圈等密封構(gòu)件38。晶舟34隔著石英制的保溫筒40被載置在載置臺42上，該載置臺42被旋轉(zhuǎn)軸44的上端部支承，該旋轉(zhuǎn)軸44貫穿用于開閉歧管28的下端開口的蓋部36。在蓋部36的供旋轉(zhuǎn)軸44貫穿的孔和旋轉(zhuǎn)軸44之間，例如設(shè)有磁性流體密封件 46，由此旋轉(zhuǎn)軸44被氣密地密封且能夠旋轉(zhuǎn)地被支承。旋轉(zhuǎn)軸44被安裝在被支承在例如晶舟升降機等升降機構(gòu)48上的臂50的前端，能夠使晶舟34和蓋部36等一體地升降。另夕卜，也可以將載置臺42固定地設(shè)置于蓋部36側(cè)，不使晶舟34旋轉(zhuǎn)地對晶圓W進(jìn)行成膜處 理。在處理容器22的側(cè)部設(shè)有圍繞處理容器22的例如由碳絲(carbon wire)制的加熱器構(gòu)成的加熱部52，由此，位于該加熱部52內(nèi)側(cè)的處理容器22和該處理容器22中的晶圓W被加熱。而且，在歧管28中設(shè)有用于供給原料氣體的原料氣體供給系統(tǒng)54、用于供給反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)56和用于供給作為吹掃氣體的非活性氣體的吹掃氣體供給系統(tǒng)58。具體而言，原料氣體供給系統(tǒng)54具有氣體噴嘴60，該氣體噴嘴60由石英構(gòu)成，具有L字形狀，以氣密地貫穿到歧管28的內(nèi)側(cè)的方式安裝。該氣體噴嘴60在內(nèi)筒24內(nèi)沿高度方向的整個區(qū)域延伸，以規(guī)定的間距形成有多個氣體噴射孔60A，能夠從橫向?qū)χС性诰е?4上的各晶圓W供給原料氣體。在氣體噴嘴60上連接有氣體通路62。在氣體通路62中依次設(shè)有如質(zhì)量流量控制器那樣的流量控制器62A和用于氣體流通的開始和停止(截斷)的開閉閥62B，因此，能根據(jù)需要一邊控制氣體噴嘴60的流量一邊使原料氣體流通、停止。在這里，作為原料氣體，像上述那樣用含有Si的3DMAS。作為該液體原料的3DMAS被氣化器63氣化，由載體氣體輸送。具體而言，通過用氣化器63調(diào)整 3DMAS的溫度，控制3DMAS的蒸氣壓，控制要氣化的3DMAS的量。作為載體氣體能用N2氣體和Ar、He等稀有氣體等的非活性氣體。此外，也可以不用載體氣體地輸送被氣化了的3DMAS 氣體。在本實施方式中，作為氣化器63使用烘烤(baking)方式的氣化器。該氣化器具有用于儲存3DMAS的原料容器63T和用于加熱原料容器63T的加熱器63A，通過加熱原料容器內(nèi)的3DMAS使3DMAS氣化，直接向處理容器22內(nèi)導(dǎo)入氣化3DMAS氣體。在該情況下，不用載體氣體。在氣化器63中還設(shè)有壓力計63B，控制3DMAS的溫度使得3DMAS的蒸氣壓高于處理容器22內(nèi)的壓力。該控制利用未圖示的溫度控制器進(jìn)行。此外，作為氣化器63，也可以使用噴射(injection)方式的氣化器。在該氣化器中，向處理容器22內(nèi)供給氣化3DMAS氣體時為了使流量穩(wěn)定，需要5 10秒左右不向處理容器22內(nèi)通入原料氣體地排出原料氣體，所以不得不白白浪費高價的有機金屬材料氣體。 因而，從原料有效利用的觀點出發(fā)優(yōu)選使用烘烤方式的氣化器。此外，反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)56具有氣體噴嘴64，該氣體噴嘴64由石英構(gòu)成，具有L 字形狀，以氣密地貫穿到歧管28的內(nèi)側(cè)的方式安裝。該氣體噴嘴64在內(nèi)筒24內(nèi)沿高度方向的整個區(qū)域延伸，以規(guī)定的間距形成有多個氣體噴射孔64A，能夠從橫向?qū)χС性诰е?34上的各晶圓W供給反應(yīng)氣體。在氣體噴嘴64上連接有氣體通路66。在氣體通路66中依次設(shè)有如質(zhì)量流量控制器那樣的流量控制器66A和用于氣體流通的開始和停止(截斷) 的開閉閥66B，因此，能根據(jù)需要一邊控制氣體噴嘴64的流量一邊使反應(yīng)氣體流通、停止。 在這里，作為反應(yīng)氣體，像上述那樣用臭氧(O3)。而 且，吹掃氣體供給系統(tǒng)58具有氣體噴嘴68，該氣體噴嘴68由石英構(gòu)成，具有L 字形狀，以氣密地貫穿到歧管28的內(nèi)側(cè)的方式安裝。該氣體噴嘴68在內(nèi)筒24內(nèi)沿高度方向的整個區(qū)域延伸，以規(guī)定的間距形成有多個氣體噴射孔68A，能夠從橫向?qū)χС性诰е?34上的各晶圓W供給吹掃氣體。在氣體噴嘴68上連接有氣體通路70。在氣體通路70中依次設(shè)有如質(zhì)量流量控制器那樣的流量控制器70A和用于氣體流通的開始和停止(截斷) 的開閉閥70B，因此，能根據(jù)需要一邊控制氣體噴嘴68的流量一邊使吹掃氣體流通、停止。 在本實施方式中，作為吹掃氣體，像上述那樣用氮氣。其他的實施方式中，作為吹掃氣體，也可以用Ar、He等稀有氣體替代氮氣。而且，各氣體噴嘴60、64、68集中設(shè)置在內(nèi)筒24內(nèi)的一側(cè)(在圖示例子中，由于空間的關(guān)系，將氣體噴嘴68表示在與其他的氣體噴嘴60、64相反的一側(cè))，在內(nèi)筒24的與該各氣體噴嘴60、64、68相對的側(cè)壁上，沿著上下方向排列地形成有直徑較大的多個氣體流通孔72。因此，被從氣體噴嘴60、64、68供給來的氣體從晶圓之間經(jīng)過沿水平方向流動，經(jīng)過氣體流通孔72被引導(dǎo)至內(nèi)筒24和外筒26之間的間隙74。而且，在歧管28的上部側(cè)，形成有與內(nèi)筒24和外筒26之間的間隙74相連通的排氣口 76，在該排氣口 76處設(shè)有用于對處理容器22進(jìn)行真空排氣的真空排氣系統(tǒng)78。具體而言，真空排氣系統(tǒng)78具有與排氣口 76連接的排氣通路80，在排氣通路80的中途依次設(shè)有開閉閥80B和真空泵82，能夠一邊對處理容器22內(nèi)的氣氛進(jìn)行壓力調(diào)整一邊進(jìn)行真空排氣，該開閉閥80B的閥芯的開度能夠調(diào)整，通過改變該閥芯的開度調(diào)整處理容器22內(nèi)的壓力。設(shè)于排氣通路80的開閉閥80B的閥芯能夠在從全開位置到全閉位置的范圍內(nèi)任意地調(diào)整。而且，在閥芯為全閉的情況下，來自處理容器22的氣體被開閉閥80B完全地截斷。此外，為了控制成膜裝置20整體的動作而具有例如由計算機構(gòu)成的裝置控制部 84。利用裝置控制部84，控制各氣體的供給的開始和停止、包括真空排氣系統(tǒng)78的開閉閥 80B的閥芯的開度調(diào)整在內(nèi)的開閉動作、工藝壓力、成膜溫度等，在成膜裝置20中實施成膜處理。通過利用裝置控制部84執(zhí)行用于控制成膜裝置20整體動作的計算機程序來進(jìn)行這樣的控制。這樣的計算機程序被存儲在存儲介質(zhì)86中，被加載(load)于裝置控制部84中。 作為存儲介質(zhì)86，能用軟盤、⑶(Compact Disc)、硬盤、閃存或DVD等。接著，參照圖4 圖7說明用像以上那樣構(gòu)成的成膜裝置20進(jìn)行的、本發(fā)明的實施方式的成膜方法。圖4是表示用本成膜方法形成的多層薄膜的截面的放大剖視圖，圖5 是表示原料氣體的保持(hold)期間和每1個循環(huán)的成膜速率的關(guān)系的曲線圖，圖6是表示每1個循環(huán)的成膜速率和金屬氧化膜的膜厚的關(guān)系的曲線圖，圖7是用于說明含有金屬的膜在含有金屬的膜和氧化硅膜之間的界面附近被氧化的原因的圖。像上述那樣，以下說明的動作基于被存儲在存儲介質(zhì)86中的程序而進(jìn)行。而且，在以下的說明中，晶圓W例如可以是硅晶圓，在其表面上，在前工序中形成作為含有金屬的膜的例如鎢膜。該晶圓W被收容在搬運容器中，從前工序中的成膜裝置被輸送到成膜裝置20。此時，搬運容器內(nèi)部的氣氛被維持在與無塵室內(nèi)的氣氛相同的大氣氣氛或清潔的非活性氣體氣氛。而且，鎢膜表面被暴露在無塵室內(nèi)的大氣氣氛中的氧、水分下，或被暴露在微量存在于清潔的非活性氣體氣氛中的氧、水分下。其結(jié)果，在鎢膜表面以極薄的厚度形成有自然金屬氧化膜。晶舟34被從歧管28的下部開口取出，并被保持在處理容器22的下方。由此，晶舟34例如被維持在常溫，此時，多張(例如50張)晶圓W被收容于晶舟34中。接著，收容有晶圓W的晶舟34上升，被裝載于處理容器22內(nèi)。處理容器22的下端部(歧管28的下部開口)由蓋部36關(guān)閉，處理容器22被封閉。另外，此時，處理容器22內(nèi)的溫度被維持在比成膜溫度低且比常溫高的溫度。接著，真空排氣系統(tǒng)78的真空泵82啟動，將處理容器22內(nèi)排成真空，并且利用開閉閥80B，使處理容器22內(nèi)的壓力維持在規(guī)定的工藝壓力。成膜過程中，真空泵82和開閉閥80B被連續(xù)驅(qū)動。此外，通過增大向加熱部52供給電力，將晶圓W加熱到成膜溫度并穩(wěn)定于該溫度， 之后，如以下所示那樣，一邊對進(jìn)行成膜處理所需的規(guī)定的處理氣體進(jìn)行流量控制一邊進(jìn)行成膜處理。即，從原料氣體供給系統(tǒng)54的氣體噴嘴60供給作為含有Si氣體的3DMAS氣體， 從反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)56的氣體噴嘴64供給臭氧。而且從吹掃氣體供給系統(tǒng)58的氣體噴嘴68供給作為吹掃氣體的N2氣體。所供給的各氣體沿水平方向在多層地支承在晶舟34上的晶圓之間流動，經(jīng)過位于相反側(cè)的氣體流通孔72而流入內(nèi)筒24和外筒26之間的間隙74。之后，這些氣體由真空排氣系統(tǒng)78從設(shè)于外筒26的下端的排氣口 76排出。接著，一邊參照圖3 —邊具體地說明各氣體的供給的情況。像上述那樣，在這里原料氣體和反應(yīng)氣體被交替地反復(fù)供給。圖3的(A)表示原料氣體的開閉閥62B的開閉動作， 圖3的(B)表示反應(yīng)氣體的開閉閥66B的開閉動作，圖3的(C)表示真空排氣系統(tǒng)的開閉閥80B的開閉動作(閥芯的開度)。即，依次交替地反復(fù)進(jìn)行多次如下的各工序，形成薄膜，該各工序包括吸附工序， 如圖3的(A)所示，打開原料氣體的開閉閥62B規(guī)定的期間，暫時性地供給含有Si的原料氣體，使原料氣體吸附于晶圓W表面；排氣工序，停止原料氣體的供給，對處理容器22內(nèi)的氣氛氣體進(jìn)行排氣；反應(yīng)工序，如圖3的(B)所示，打開反應(yīng)氣體的開閉閥66B供給作為反應(yīng)氣體的臭氧，使臭氧與吸附在晶圓表面上的原料氣體發(fā)生反應(yīng)，形成膜厚較薄的SiO2膜； 排氣工序，停止反應(yīng)氣體的供給，對處理容器22內(nèi)的氣氛氣體進(jìn)行排氣。在此，從1個吸附工序到下一個吸附工序的期間為1個循環(huán)，在1個循環(huán)中，像上述那樣形成非常薄的(1個分子層或幾個分子層程度的)薄膜。1個循環(huán)中的吸附工序的時間Tl和反應(yīng)工序的時間T2均為60sec左右，1個循環(huán)中的前半的排氣工序的時間T3和后半的排氣工序的時間T4分別是IOsec左右。另外，在各排氣工序中也可以同時供給N2 吹掃氣體。其結(jié)果，如圖4所示形成薄膜。即，成膜處理前，如圖4的(A)所示，在晶圓W表面形成有例如由鎢膜構(gòu)成的含有金屬的膜100，在該含有金屬的膜100表面，像上述那樣在晶圓輸送中形成自然金屬氧化膜102。在本實施方式中，由于含有金屬的膜100是鎢膜，因此金屬氧化膜102例如是WOx (χ:正整數(shù))。成膜處理后，如圖4的(B)所示，在金屬氧化膜 102上形成由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜104。此時，如后所述將原料氣體密封地保持在處理容器 22內(nèi)，能還原金屬氧化膜102，控制金屬氧化膜102的厚度。
在這里，在本實施方式的成膜方法中，并非在吸附工序的整個過程中都供給原料氣體，而是如圖3的(A)所示，僅在吸附工序中的最初的第1規(guī)定期間tl打開開閉閥62B， 使原料氣體流通，之后，關(guān)閉開閉閥62B，放置第2規(guī)定期間h。而且，如圖3的(C)所示，在吸附工序Tl的整個過程中都關(guān)閉真空排氣系統(tǒng)的開閉閥80B。原料氣體僅在最初的第1規(guī)定期間tl流通，在之后處理的第2規(guī)定期間h，原料氣體的開閉閥62B和真空排氣系統(tǒng)的開閉閥80B均被關(guān)閉，所以原料氣體被封閉(滯留)在處理容器22內(nèi)。其結(jié)果，在晶圓W表面即金屬氧化膜102表面吸附有大量原料氣體。此時，如后所述，通過調(diào)整該第2規(guī)定期間 (以下也稱為“保持期間”)h的長短，能夠控制上述金屬氧化膜102的厚度。

最初的第1規(guī)定期間tl中的原料氣體的流量是10 500sCCm左右。此外，吸附工序Tl的處理容器22內(nèi)的壓力在最初急劇上升之后，在關(guān)閉了原料氣體的開閉閥62B的同時成為恒定，此時的壓力也取決與原料氣體的供給量，例如是667Pa左右。接著，吸附工序結(jié)束后，進(jìn)入前半的排氣工序T3。即，在停止了所有氣體供給的狀態(tài)下，將真空排氣系統(tǒng)的開閉閥80B置于全開，利用真空泵82迅速地排出殘留在處理容器 22內(nèi)的氣體。另外，在該情況下，也可以供給作為吹掃氣體的N2氣體而促進(jìn)殘留氣體的排出。由此，處理容器22內(nèi)的原料氣體(3DMAS)的濃度急劇降低。接著，進(jìn)入反應(yīng)工序T2。在這里，如圖3的(B)所示，打開反應(yīng)氣體的開閉閥66B， 在反應(yīng)工序T2的整個期間內(nèi)，供給作為反應(yīng)氣體的臭氧。此時的真空排氣系統(tǒng)的開閉閥 80B可以全開，只要氣體的排氣量足夠，閥芯也可以是100%以下的開度，在圖示例子中例如閥芯的開度恒定為50%。此外，此時，例如向臭氧發(fā)生器供給6. 5每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升(slm)的O2產(chǎn)生200g/Nm3 左右的臭氧，供給含該量的臭氧的反應(yīng)氣體。通過臭氧的供給，與吸附在晶圓W表面的原料氣體發(fā)生反應(yīng)，形成由氧化硅構(gòu)成薄膜104。在該情況下，在以往的成膜方法中，臭氧在吸附在晶圓表面的原料氣體、薄膜104中擴散，而氧化下層的含有金屬的膜100的表面，導(dǎo)致金屬氧化膜102的厚度增加。但是，在本實施方式中，像上述那樣設(shè)定原料氣體的保持期間h，使原料氣體適當(dāng)?shù)匚接诰A表面，所以臭氧的擴散被抑制，能抑制金屬氧化膜102的增加，不僅如此，相反地還能夠利用保持期間h的長短使金屬氧化膜102的厚度減小。 這樣，反應(yīng)工序T2結(jié)束后，進(jìn)入后半的排氣工序T4。即，停止所有氣體的供給并且將真空排氣系統(tǒng)的開閉閥80B置為全開，利用真空泵82迅速地排出殘留在處理容器22內(nèi)的氣體。另外，在該情況下，也可以供給作為吹掃氣體的N2氣體而促進(jìn)殘留氣體的排出。由此，1個循環(huán)的成膜工序結(jié)束，根據(jù)需要反復(fù)多次進(jìn)行1個循環(huán)的各工序，能夠得到具有所需的膜厚的薄膜、即由氧化硅構(gòu)成的薄膜104。另外，成膜處理中，工藝壓力被維持在從基礎(chǔ)壓(base pressure)(例如13. 3Pa左右)到133. 3Pa的范圍內(nèi)。 如上述那樣，根據(jù)本實施方式，在供給原料氣體的吸附工序Tl中，設(shè)定將原料氣體的開閉閥62B和真空排氣系統(tǒng)78的開閉閥80B—同關(guān)閉、將原料氣體封閉在處理容器22 內(nèi)而不向外部流出的保持期間h，使原料氣體適當(dāng)?shù)匚接诰AW表面，所以能抑制自然地形成的金屬氧化膜102的厚度。特別是通過調(diào)整該保持期間h的長短，能還原金屬氧化膜 102，控制該金屬氧化膜102的厚度。其結(jié)果，能抑制金屬氧化膜102的膜厚，防止電氣特性的降低，并且還能防止產(chǎn)生形狀不良。
評價實驗及其結(jié)果 接著，說明上述說明的、利用本發(fā)明的實施方式對成膜方法所進(jìn)行的評價實驗的結(jié)果。圖5是表示保持期間和每1個循環(huán)的成膜速率的關(guān)系的曲線圖，圖6是表示每1個循環(huán)的成膜速率、含有金屬的膜表面和金屬氧化膜的膜厚的關(guān)系的曲線圖。在這里，反應(yīng)工序的時間T2固定在1 30sec之間，原料氣體的開閉閥62B打開的第1規(guī)定期間tl固定在1 30sec之間。而且，通過使吸附工序的時間Tl變化，使在吸附工序中原料氣體的開閉閥62B被關(guān)閉的時間即保持期間h( = Tl-tl)變化。在圖5中，將保持期間作為橫軸，將每1個循環(huán)的成膜速率作為縱軸。而且，作為原料氣體，流通含有作為Si的原料的3DMAS，作為反應(yīng)氣體而流通臭氧(含IOVol %臭氧的氧)。此外，作為含有金屬的膜100用鎢膜，用帶有在該鎢膜表面自然地形成的鎢的金屬氧化膜102的硅晶圓。在這里，將3DMAS的供給總量設(shè)定為比較例(以往條件)的1/4。成膜時的晶圓溫度是550°C，工藝壓力(最大值)是1.2kPa。而且作為比較例，不設(shè)定保持期間地交替地供給原料氣體和反應(yīng)氣體，形成氧化硅膜。各開閉閥的動作以外的工藝條件為和上述的本實施方式的成膜方法的情況相同的條件。即，該比較例中，吸附工序的時間為 30sec,3DMAS的供給總量如上述那樣為本實施方式的成膜方法的供給總量的4倍。從圖5明確可知，如本實施方式那樣，使保持期間h在從IOsec到115sec左右的范圍內(nèi)越長，每1個循環(huán)的成膜速率在從0. Inm/循環(huán)到0. 2Inm/循環(huán)左右的范圍內(nèi)越呈大致直線性地變大。該原因為，保持期間h越長，吸附在晶圓W表面的原料氣體越增加，其結(jié)果，成膜速率也越高。另外，作為次要的效果，可知在供給X克3DMAS的以往的條件下，成膜速率是 0. 13nm/循環(huán)左右，然而，在本實施方式的條件的情況下，雖然所供給的原料的量減少到 1/4，但是通過延長保持期間，成膜速率呈大致直線地上升。而且，保持期間為大致40sec 時，成膜速率與以往的條件的情況大致相同。即，在這里可知，若將保持期間設(shè)定為40sec 以上，則盡管原料的供給總量減少到1/4，仍能夠得到與以往的條件的情況大致同等的或更高的成膜速率。換句話說，可知通過如本實施方式那樣進(jìn)行各開閉閥的操作，能夠維持與以往的條件同等的成膜速率的同時大幅度地削減原料的供給總量。接著，測量了與成膜速率相對應(yīng)的鎢的金屬氧化膜(WOx)的膜厚。其結(jié)果表示于圖6。金屬氧化膜的厚度通過XPS(X射線光電子能譜)測量。該金屬氧化膜是像上述那樣存在于由鎢構(gòu)成的含有金屬的膜100和由氧化硅(SiO2)構(gòu)成的薄膜104之間的界面的金屬氧化膜(WOx) 102。在進(jìn)行成膜處理之前自然地形成的鎢金屬氧化膜102的膜厚初始值是1. lnm。另夕卜，在圖6中記載了保持期間h的有代表性的值。圖6中的曲線A表示原料氣體用3DMAS 在成膜溫度為550°C成膜時的特性。從圖6明確可知，在成膜速率小的情況下，金屬氧化膜 102的厚度變得比初始值大，而且，隨著成膜速率變大，金屬氧化膜102的厚度急劇減小，成膜速率為約0. 115nm/循環(huán)時金屬氧化膜102的厚度成為與初始值大致相同的值。而且，在成膜速率進(jìn)一步增大時，隨之金屬氧化膜102的膜厚減小程度變緩。這樣，可知通過調(diào)整原料氣體的保持期間h使成膜速率變化，能控制存在于含有金屬的膜100和薄膜(SiO2) 104之間的界面的金屬氧化膜(例如WOx) 102的厚度?？芍貏e是通過將成膜速率設(shè)定為大于等于0. 115nm/循環(huán)，能夠抑制金屬氧化膜102的厚度并使該金屬氧化膜102的厚度減小到該初始值以下。換句話說，可知為了使金屬氧化膜102的厚度為該初始膜厚以下，在這里，只要將保持期間h的長短設(shè)定為23sec以上(成膜速率 大于等于0. 115nm/循環(huán))即可。在這里，在每1個循環(huán)的成膜速率小于0. 115nm/循環(huán)的情況下，金屬氧化膜的膜厚變得比初始值厚的原因如以下所述。即，如圖7的(A)所示，在吸附于自然地形成在含有金屬的膜100表面的金屬氧化膜102的表面的硅的原料氣體的分子110的數(shù)量少的情況下，分子110間的間隙大，之后導(dǎo)入的臭氧112如箭頭標(biāo)記所示容易穿過間隙而擴散。其結(jié)果，在間 隙中容易地擴散的臭氧到達(dá)金屬氧化膜102和含有金屬的膜100，進(jìn)一步氧化金屬氧化膜102和含有金屬的膜100，金屬氧化膜102本身的厚度變厚。如圖7的(B)所示，在每1個循環(huán)的成膜速率增加時，吸附在金屬氧化膜102上的硅的原料氣體的分子110的數(shù)量變多，分子110間的間隙變小。其結(jié)果，臭氧112難以穿過間隙，從而抑制含有金屬的膜100的氧化。另外，成膜速率大于等于0. 115nm/循環(huán)時，金屬氧化膜102的膜厚比初始值小的原因如以下所述。即，因為含有硅的原料氣體本身在這里的550°C左右的成膜溫度下產(chǎn)生還原作用，所以自然地形成的金屬氧化膜102在還原作用下被還原。其結(jié)果，如圖4的(A)所示那樣的該金屬氧化膜102的初始值的厚度在薄膜104的成膜后，如圖4的(B)所示，金屬氧化膜102變薄。根據(jù)上述結(jié)果，在原料氣體為3DMAS的情況下，優(yōu)選各工序中的成膜溫度是550°C 以上，特別是為了使金屬氧化膜102的厚度為初始值以下，優(yōu)選將保持期間h設(shè)定為至少 23sec以上。但是，該溫度的上限值是600°C左右，從ALD (或MLD)的觀點出發(fā)不優(yōu)選溫度高于600°C左右。此外，作為追加的實驗，以與上述同樣的條件進(jìn)行了用3DMAS作為原料氣體、成膜溫度為450°C的情況下的實驗。此時保持期間h僅采用23sec這一種設(shè)置。其結(jié)果，如圖 6中的點B所示，成膜速率是0. 088nm/循環(huán)，鎢的金屬氧化膜的膜厚是1. 77nm,比初始值 1. Inm厚。其結(jié)果顯示，與450°C相比，成膜溫度優(yōu)選為550°C。另外，將原料氣體從3DMAS變更為作為相同的氨基硅烷系有機源的DIPAS ( 二異丙基氨基硅烷)，在與上述相同的條件下進(jìn)行了實驗。其結(jié)果由圖6中的點C、D表示。點C的工藝條件為，保持期間h是23sec，成膜溫度是450°C。而且，點D的工藝條件為，保持期間 h是23sec，成膜溫度是300°C。如圖6所示，點C的成膜速率是0. 15nm/循環(huán)，鎢金屬氧化膜的膜厚和初始值相同，為1. lnm。而且，點D的成膜速率是0. 185nm/循環(huán)，鎢金屬氧化膜的膜厚和初始值相同， 為 1. Inm0這樣，如點C、D所示，在使用DIPAS取代3DMAS來作為原料的情況下，即使成膜溫度為450°C以下、例如300 450°C的范圍內(nèi)的較低的溫度，成膜速率也較大，而且，硅的吸附量多，所以能抑制鎢金屬氧化膜的成長。在以上的各實驗中，作為含有金屬的膜100使用了鎢膜，對于使用了氮化鈦膜 (TiN)替代鎢膜來作為含有金屬的膜100的情況也進(jìn)行了實驗。圖8是表示每1個循環(huán)的成膜速率和氮化鈦膜的金屬氧化膜的膜厚的關(guān)系曲線圖。該金屬氧化膜的初始膜厚是2. 7nm。 與上述的圖6所示的情況同樣地，使保持期間h從5sec到113sec地變化。
如圖8所示，在這里，隨著延長保持期間，伴隨著成膜速率的增加，鈦金屬氧化膜的膜厚呈直線狀減小。而且，在成膜速率小的情況下，金屬氧化膜的膜厚變得比初始值還厚，成膜速率約為0. Ilnm/循環(huán)時的金屬氧化膜的膜厚與初始膜厚大致相同。而且，成膜速率進(jìn)一步增大時，金屬氧化膜的膜厚隨著成膜速率進(jìn)一步增大而進(jìn)一步減小。在這里，能使金屬氧化膜的膜厚減小到1. 7nm。另外，在以上的實施例中，以作為含有金屬的膜 使用了鎢膜和氮化鈦膜的情況為例進(jìn)行了說明，然而，該含有金屬的膜包括金屬膜和金屬的氮化物的膜，具體而言，作為上述的含有金屬的膜，能使用從由鎢膜、氮化鎢膜、鈦膜、氮化鈦膜、鉭膜、氮化鉭膜構(gòu)成的組中所選擇的1種膜。而且，在上述實施例中，作為含有Si的原料氣體而使了 3DMAS，但是不限定于此， 能用氨基硅烷系有機源(BTBAS、4DMAS、DIPAS)等。而且，在上述實施例中作為反應(yīng)氣體使用了氧化性氣體的臭氧，但是不限定于此， 能使用從由03、02、02等離子體、Ν20、Ν0構(gòu)成的組中所選擇的1種以上的氣體，另外，也可以如日本特開2005-175441號公報公開的那樣，使用在133Pa以下的低壓力下所產(chǎn)生的氧活性種和羥基活性種。而且，處理容器22的形狀僅僅是表示了一個例子，不限定于在這里說明的雙重管構(gòu)造，當(dāng)然也可以是單管構(gòu)造的處理容器。而且，在這里作為被處理體而舉例說明了半導(dǎo)體晶圓，但是該半導(dǎo)體晶圓也包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等化合物半導(dǎo)體基板，而且不限定于上述基板，本發(fā)明也能夠適用于液晶顯示裝置用的玻璃基板、陶瓷基板等。追加的優(yōu)點和變形對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易理解的。因而，具有更多的實施方式的本發(fā)明不限定于這里所示記載的具體的實施方式、具體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。因而，能夠在不脫離權(quán)利要求書及其等同文件所規(guī)定的一般的發(fā)明概念的范圍或精神的前提下進(jìn)行各種變更。本申請是基于2010年7月29日以及2011年5月10日分別向日本專利廳提出的日本專利申請2010-170758號和2011-105146號主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，使用成膜裝置在被處理體上形成由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜，該被處理體的表面形成有含有金屬的膜，該成膜裝置包括處理容器，其能收容上述被處理體；原料氣體供給系統(tǒng)，其具有第1開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給原料氣體； 反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其具有第2開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體； 真空排氣系統(tǒng)，其具有第3開閉閥，能將上述處理容器內(nèi)的氣氛排成真空， 其特征在于，在吸附工序和反應(yīng)工序之間存在間歇期間地交替反復(fù)多次該吸附工序和反應(yīng)工序， 該吸附工序為，關(guān)閉上述真空排氣系統(tǒng)的上述第3開閉閥，打開上述原料氣體供給系統(tǒng)的上述第1開閉閥第1規(guī)定期間，向上述處理容器供給上述原料氣體之后，關(guān)閉該第1開閉閥，在保持上述第1開閉閥關(guān)閉第2規(guī)定期間的狀態(tài)下，使上述處理容器內(nèi)的上述原料氣體吸附于上述被處理體的表面；該反應(yīng)工序為，打開上述反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)的上述第2開閉閥，向上述處理容器內(nèi)供給上述反應(yīng)氣體，使上述反應(yīng)氣體與上述原料氣體發(fā)生反應(yīng)而形成薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，在上述間歇期間進(jìn)行打開上述真空排氣系統(tǒng)的上述第3開閉閥而對上述處理容器內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成膜方法，其特征在于， 在上述排氣工序中，向上述處理容器內(nèi)供給非活性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成膜方法，其特征在于，在上述排氣工序中，停止向上述處理容器內(nèi)供給所有氣體，對上述處理容器進(jìn)行排氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，通過調(diào)整上述吸附工序中的上述原料氣體供給系統(tǒng)的上述第1開閉閥關(guān)閉的上述第2 規(guī)定期間的長短，來控制形成于上述含有金屬的膜和上述薄膜之間的界面的上述含有金屬的膜的金屬氧化膜的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成膜方法，其特征在于，上述第2規(guī)定期間的長短是使得形成上述薄膜后的上述金屬氧化膜的膜厚為自然形成的上述金屬氧化膜的初始膜厚以下這樣的長短。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，在反復(fù)多次上述吸附工序和上述反應(yīng)工序時的1個循環(huán)中的成膜速率大于等于 0. Ilnm/循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 上述原料氣體由氨基硅烷系有機源構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成膜方法，其特征在于，上述氨基硅烷系有機源是3DMAS，在上述吸附工序和上述反應(yīng)工序中的上述被處理體的溫度是550°C以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成膜方法，其特征在于，上述氨基硅烷系有機源是DIPAS，在上述吸附工序和上述反應(yīng)工序中的上述被處理體的溫度是450°C以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述含有金屬的膜是從由鎢膜、氮化鎢膜、鈦膜、氮化鈦膜、鉭膜和氮化鉭膜構(gòu)成的組中所選擇的1種膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述原料氣體是通過利用氣化器使液體的原料氣化而形成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成膜方法，其特征在于，上述氣化器包括原料容器，該原料容器用于調(diào)整由上述液體原料的溫度決定的蒸氣壓，控制要氣化的原料的量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述反應(yīng)氣體由從由03、02、Ν20、Ν0構(gòu)成的組中所選擇的1種以上的氣體構(gòu)成。
15.一種成膜裝置，其特征在于， 該成膜裝置包括處理容器，其能收容被處理體； 保持部，其用于保持上述被處理體； 加熱部，其用于加熱上述被處理體；原料氣體供給系統(tǒng)，其具有第1開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給原料氣體； 反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其具有第2開閉閥，能向上述處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體； 真空排氣系統(tǒng)，其具有第3開閉閥，能將上述處理容器內(nèi)的氣氛排成真空； 裝置控制部，其用于控制裝置整體使該裝置整體執(zhí)行權(quán)利要求1所述的成膜方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用成膜裝置在被處理體上形成由氧化硅膜構(gòu)成的薄膜的成膜方法和成膜裝置，該成膜裝置包括處理容器；原料氣體供給系統(tǒng)，其具有第1開閉閥，能向處理容器內(nèi)供給原料氣體；反應(yīng)氣體供給系統(tǒng)，其具有第2開閉閥，能向處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體；真空排氣系統(tǒng)，其具有第3開閉閥，能將處理容器內(nèi)的氣氛氣體排成而成為真空，其中，吸附工序和反應(yīng)工序存在間歇期間地交替反復(fù)多次，該吸附工序為，關(guān)閉第3開閉閥，打開第1開閉閥規(guī)定期間，向處理容器供給原料氣體之后，將其關(guān)閉，保持該狀態(tài)規(guī)定期間，使原料氣體吸附于被處理體的表面；該反應(yīng)工序為，打開第2開閉閥，向處理容器內(nèi)供給反應(yīng)氣體，使反應(yīng)氣體與原料氣體反應(yīng)而形成薄膜。
文檔編號C23C16/40GK102345111SQ201110217038
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者世良賢太郎, 周保華, 山本和彌, 池內(nèi)俊之 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社